(57)【要約】【課題】電気発熱体としてニクロム線やカンタル線などの金属線を用いると、熱放射率が低く硝子管表面の触媒被覆層への吸収が悪い。したがって触媒の活性温度に達する時間が長くかかり、温度が低いという問題点があった。【解決手段】本発明の加熱装置は、電気抵抗体として炭素を含む発熱体を用い、発熱体を硝子管内に収納するとともに、硝子管の後方に反射板を配置する。硝子管には反射板に対向する部分に触媒被覆層を設ける。触媒被覆層は温度が上昇すると脱臭作用を生じる物質により作られている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を含む電気抵抗体の棒状の発熱体を、可視光及び近赤外線を透過する管の中に収納した管状の赤外線電球、
前記管状の赤外線電球に沿って設けられた反射板、及び
前記赤外線電球の、前記反射板に対向する側の管壁に設けられた触媒被覆層
を有する加熱装置。
【請求項２】
前記棒状の発熱体は、棒状の長手方向に垂直な断面が長方形であり、前記管の、前記長方形の長辺を含む面に対向する管壁に前記触媒被覆層を設けたことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記赤外線電球を、前記赤外線電球の長手方向の軸の回りに回転させる回転手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項４】
前記赤外線電球及び前記反射板を、前記赤外線電球の長手方向の軸の回りに回転させる回転手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項５】
前記発熱体の前記長方形の断面において、長辺の長さが短辺の長さの５倍以上であることを特徴とする請求項２記載の加熱装置。
【請求項６】
前記発熱体が炭素系物質を含む材料の焼成により形成された炭素系発熱体であることを特徴とする請求項１、２及び５のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項７】
前記発熱体が炭素系物質と抵抗調整物質を含む材料の焼成により形成された炭素系発熱体であることを特徴とする請求項１、２、５及び６のいずれかに記載の加熱装置。
【請求項８】
前記発熱体を発熱させるために発熱体に供給する電力を、前記発熱体に設けた触媒被覆層の温度が触媒の活性化する温度に保たれるように、制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１、２、５、６及び７のいずれかに記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房、給湯、乾燥等に利用される加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気抵抗体に電流を流して発熱させる電熱装置は従来から広い分野で使用されている。このような電熱装置を用いて対象物を加熱する加熱装置の従来例を図７を用いて説明する。
図７は前記従来例の加熱装置の断面図であり、本発明と同じ出願人の特許である、特公平６−１０１３６９号公報に示されているものである。図において、電気発熱体３はニクロム線やカンタル線などの金属線をコイル状に巻回したものであり、これを図の紙面に垂直な方向に長い硝子管１の中に内蔵している。硝子管１に並行して、凹面を有する反射板２が設けられている。硝子管１の表面には、前記反射板１に対向する面に触媒被覆層４を設けている。反射板１に対向していない硝子管１の表面には触媒被覆層４を設けていない。この硝子管１や触媒被覆層４にファンによって強制的に空気を送ることにより温風を発生させている。また触媒被覆層４により空気の浄化をはかるとともに熱伝導、対流、輻射で非加熱物の加熱を行う。触媒被覆層４による空気浄化は、触媒被覆層４を所定の活性化温度以上に加熱することにより可能となる。
【特許文献１】特公平６−１０１３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記従来の構成の加熱装置では、電気発熱体３がニクロム線やカンタル線などの金属線であるため熱の放射率が０．３５程度であり、炭素を用いた発熱体の放射率の０．８よりも低い。そのため硝子管１の表面の触媒被覆層４が活性化温度に達するまでの時間が長くかかり、かつその温度が高くならないという問題点があった。
加熱装置にファンによって強制的に空気を送る場合、その風量及びヒータの温度によっては触媒被覆層４の温度が活性化温度を下回り浄化作用がなくなる場合もある。ファンを用いると、ファン又はモータから音が発生するので耳障りでもある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、電気発熱体を熱の放射率の高い炭素を含む発熱体により構成して、加熱効果の高い波長領域の赤外線を発生させる。この波長領域の赤外線は、触媒被覆層及び被加熱物に吸収されやすいのでこれらの被加熱物の温度が速く上がり、活性化温度に達する時間が短縮される。
また、触媒被覆層に空気を当てるための空気循環手段として発熱体を回転させるように構成している。更に触媒被覆層への空気循環手段として、発熱体と反射板を回転させるように構成して、空気に含まれる臭気成分の触媒被覆層に接する量を増加させる。
【０００５】
請求項１に記載の発明の加熱装置は、炭素を含む電気抵抗体の棒状の発熱体を、可視光及び近赤外線を透過する管の中に収納した管状の赤外線電球、前記管状の赤外線電球に沿って設けられた反射板、及び前記赤外線電球の、前記反射板に対向する側の管壁に設けられた触媒被覆層を有する。
この発明によれば、発熱体として熱の放射率の高い炭素を用いることにより被加熱物の加熱効果が高くなり、触媒被覆層及び被加熱物への熱の吸性が良好となる。そのため触媒被覆層の温度が速やかに上昇して活性化温度以上になり脱臭効果が高くなる。
請求項２に記載の発明の加熱装置は、前記棒状の発熱体は、棒状の長手方向に垂直な断面が長方形であり、前記管の、前記長方形の長辺を含む面に対向する管壁に前記触媒被覆層を設けたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明の加熱装置は、前記赤外線電球を、前記赤外線電球の長手方向の軸の回りに回転させる回転手段を更に有することを特徴とする。
請求項４に記載の発明の加熱装置は、前記赤外線電球及び前記反射板を、前記赤外線電球の長手方向の軸の回りに回転させる回転手段を更に有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明の加熱装置は、前記発熱体の前記長方形の断面において、長辺の長さが短辺の長さの５倍以上であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明の加熱装置は、前記発熱体が炭素系物質を含む材料の焼成により形成された炭素系発熱体であることを特徴とする。
請求項７に記載の発明の加熱装置は、前記発熱体が炭素系物質と抵抗調整物質を含む材料の焼成により形成された炭素系発熱体であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明の加熱装置は、前記発熱体を発熱させるために発熱体に供給する電力を、前記発熱体に設けた触媒被覆層の温度が触媒の活性化する温度に保たれるように、制御する制御手段を更に有することを特徴とする。  
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、炭素を含む電気抵抗体を赤外線電球の発熱体として用いるので、熱の放射率が高く被加熱物の加熱効果が高い。そのため赤外線電球の外周面に設けた触媒被覆層の温度が触媒の活性化温度以上になりやすく、触媒被覆層に接する空気に含まれる悪臭の除去効果が高い。発熱体と反射板のいずれか一方又は両方を回転させることにより、触媒被覆層に接する空気量が増加するので空気中の臭気成分の除去効果が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明を実施するための最良の形態を図１から図６を参照して説明する。
《実施の形態１》
【０００８】
本発明の実施の形態１の加熱装置について図１から図４を参照して説明する。図１は、図の紙面に垂直な方向に長い本発明の実施の形態１の加熱装置を、紙面に平行な面で切断した断面図である。本実施の形態１の加熱装置の発熱部は赤外線電球２０である。この赤外線電球２０は、図の紙面に垂直な方向に長い円筒状の硝子管１の中に、同様に紙面に垂直な方向に長い板状の発熱体５が収納された構成を有する。硝子管１の外周面の約半分（中心角で約１８０°）の範囲には触媒被覆層４が形成されている。硝子管１の触媒被覆層４を有する側には、凹面を有する反射板２が、硝子管１から所定距離離れた位置で触媒被覆層４に対向するように設けられている。反射板２の反射面を例えば放物面に形成し、その焦点位置に赤外線電球２０を配置する構成にしてもよい。硝子管１の残りの表面には触媒被覆層４は設けられていない。
【０００９】
赤外線電球２０の発熱体５は、炭素系の物質と抵抗値調整物質とを含む材料を焼成して、長手方向に垂直な断面が長方形である細長い板状に成形したものである。前記炭素系の物質は、黒鉛などの結晶化炭素である。これを基材として、これに窒素化合物の抵抗値調整物質及びアモルファス炭素を加えた混合物を焼成して発熱体５を作る。炭素系の物質を含む発熱体は、波長が０．７から１，０００μｍの範囲の波長領域（以下、熱放射領域という）における放射率が０．８程度である。
【００１０】
発熱体５の具体例としては、長さが１５５ｍｍ、断面の厚さＴ（板厚）が０．３ｍｍ、幅Ｗ（板幅）が６ｍｍである。板厚と板幅との比は１：５以上であるのが望ましい。板幅Ｗを板厚Ｔより大きくすることにより、板幅Ｗを有する面（以下、面ｗという）から出る熱量が板厚Ｔを有する面（以下、面ｔという）から出る熱量より多くなり、発熱体５からの熱放射に指向性を持たすことができる。
図２は、発熱体５に図示を省略した電源から電流を流して発熱させたときの、発熱体５の長手方向に垂直な面における放射熱の分布を示すグラフである。図２から判るように、放射熱の分布は広い面ｗに垂直な±Ｙ０方向に大きく、狭い面ｔに垂直な±Ｘ０方向に小さい８の字形の指向性となる。
【００１１】
図１においては、面ｗに対向するように触媒被覆層４及び反射板２を設けているので、面ｗから＋Ｙ０方向に放射される熱は触媒被覆層４及び反射板２によって図の左方の−Ｙ０方向に反射される。その結果放射熱の分布は図３に示すように、図の左方の−Ｙ１方向に大きく突出する指向性となる。すなわち−Ｙ１方向の軸射エネルギーは他の方向に比べて大きくなり、−Ｙ１方向に被加熱物を置けばその加熱効果は最も高くなる。このように発熱体５の放射熱を所望の方向に集中することにより、不要な方向への熱の放散を防止し、加熱装置の熱効率を高くすることができる。従って図７に示す従来の加熱装置に比べると、同じ被加熱物を同じ温度に加熱するときの電力を少なくすることができる。また熱の反射層としても機能する触媒被覆層４は図２に示す＋Ｙ０方向の放射熱により加熱されて活性化温度以上の高温になる。そのため触媒被覆層４の近傍を通る空気中の臭気を除く脱臭効果が高くなる。
【００１２】
本実施の形態１の加熱装置に用いている赤外線電球２０の詳細な構成を図４の側断面図を参照して説明する。図において、赤外線電球２０を構成する硝子管１は両端に端子部１ａ、１ｂを有し、端子部１ａ、１ｂの間の管状部の中に発熱体５が封入されている。
発熱体５は図の左右方向に長い板状であり、断面は図１に示すものと同様の長方形である。発熱体５の両端部５ａ、５ｂには、それぞれ導電体の固定部６ａ、６ｂが取り付けられている。固定部６ａ、６ｂは、発熱体５に電流を流すための導線の機能と、発熱体５を支持する機能を合わせもつばね部材８ａ、８ｂにそれぞれ接続されている。ばね部材８ａ、８ｂはそれぞれ接続部７ａ、７ｂを有し、前記固定部６ａ、６ｂは、それぞれ接続部７ａ、７ｂに圧入されて機械的保持と電気的接触を保っている。ばね部材８ａ、８ｂの両端部は、内部リード９ａ、９ｂを経て、モリブデン箔で作られている中継板１０ａ、１０ｂにそれぞれ接続されている。中継板１０ａ、１０ｂには、赤外線電球２０から外部へ導出される外部リード１１ａ、１１ｂが接続されている。硝子管１は中継板１０ａ、１０ｂを含む部分で密封され、内部に不活性ガスが封入されている。ばね部材８ａ、８ｂは発熱体５の熱膨張を吸収するように、発熱体５に所定の張力を与えるようになされている。
【００１３】
硝子管１の外表面には、発熱体５の広い方の面、すなわち図１の面ｗ、に対向するように、図４では斜線で表示した触媒被覆層４が硝子管の外周の約半分（中心角で約１８０°）の範囲に形成されている。触媒被覆層４の左右方向の長さＬは発熱体５の長さとほぼ等しくしてある。
発熱体５は、炭素系物質を含む材料の焼成により形成された炭素系発熱体や、炭素系物質と抵抗調整物質とを含む材料の焼成により形成された固形の炭素系発熱体である。その形状は長い棒状又は板状である。炭素系物質の具体例は黒鉛などの結晶化炭素であり、この基材に窒素化合物の抵抗値調整物質及びアモルファス炭素を加えた混合物である。また炭素系物質を含む繊維、フェルトを上記のように構成しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。上記のように構成した炭素系発熱体では、熱放射領域における放射率を０．８程度に高くすることができる。
【００１４】
発熱体５は、板厚Ｔと板幅Ｗとの比が１：５以上であるのが望ましいが、板厚と板幅との比が１：５以上である場合、抵抗を調整するために、板幅Ｗの方向において、発熱体５の片側、又は両側に切り欠きを入れて断面積を減らしてもよい。
固定部６ａ、６ｂは発熱体５を接続部７ａ、７ｂに電気的に接続するとともに、発熱体５の熱を放熱するためのもので、炭素を含む円柱状のブロックである。固定部６ａ、６ｂはニッケル、モリブデン、タングステン、ステンレススチール等の金属部材でも同様の効果を得ることができる。発熱体５と固定部６ａ、６ｂとの嵌合部においては発熱体５の一部に凹部５ｃを設け固定部６ａ、６ｂとの固着性を向上させている。嵌合部の間に炭素系物質を含む接着剤を入れると、接触抵抗を低減することができるが、電流容量が小さいものでは接着剤を入れなくても良い場合もある。
【００１５】
バネ部材８ａ、８ｂはタングステン、モリブデン、ニッケル、ステンレススチール等の線又は板で作られているが、発熱体５の両側に設けなくとも発熱体５の熱膨張を吸収できるものであれば片側でも良い。内部リード９ａ、９ｂはタングステン線の単線又は撚り線で作られており、一方はバネ部材８ａ、８ｂに接続され他方はモリブデン箔の接続板１０ａ、１０ｂに接続されている。
封入ガスはアルゴンガスが望ましいが、高温度において発熱体５が酸化されなければ窒素、アルゴン、ハロゲン等を一部含むガスであれば同様の効果を得ることができる。
【００１６】
触媒被覆層４は比表面積の大きいアルミナと、白金族触媒により構成されている。アルミナの高温での比表面積低下を防止のために、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化バリウムを添加することが望ましい。さらに、触媒被覆層４に酸化ニッケル、酸化鉄、酸化コバルト、チタニア、ジルコニア、マグネシア、酸化クロムの群より選ばれる金属酸化物を添加すると、さらに触媒被覆層４の発熱体５からの放射される熱エネルギーを吸収する特性（熱吸収性）が高くなる。その結果触媒被覆層４の発熱効果を上げることができるので望ましい。
硝子管１の材料としては、石英、高シリカ系硝子、ほう珪素系硝子、リチウムシリケート系硝子などを用いることができるが、耐熱衝撃性が良好で比較的低コストの石英の管が好ましい。反射板２は種々の金属を用いることができるが、反射特性が良好な、アルミニウム板、アルミナイズド鋼板、アルミクラッド鋼板が望ましい。
【００１７】
図４に示す硝子管１は直線状の管（直管）であるが、湾曲した曲管を用い内部の発熱体５も湾曲させたものを挿入しこれに触媒被覆層を設けたものでも同様の効果が得られることは言うまでもない。
触媒被覆層４は、温度が例えば２５０℃以上であれば空気に含まれる臭気成分の除去が可能となる。この温度を活性化温度という。触媒被覆層４の表面温度を活性化温度の約２５０℃以上に維持するために、温度制御手段である温度制御部４０（図５）を設けるのが好ましい。特に加熱が主目的でなく、触媒被覆層４による空気浄化が主目的であれば、温度制御により触媒被覆層４を約２５０℃に保てばよくそれ以上大幅に高温にする必要がないので、必要以上の電力を消費することなく脱臭が可能となる。この温度制御部４０を設けることにより加熱目的と脱臭目的との切り替え機能を有するより使いやすい効率的かつ快適な加熱装置を提供することができる。
《実施の形態２》
【００１８】
本発明の、実施の形態２の加熱装置を図５を参照して説明する。図５は、実施形態２の加熱装置の一部分を破断した斜視図である。図において、赤外線電球２０は、図１及び図４に示す前記実施の形態１のものと同じである。この加熱装置では、円盤状の台座３０の上に下部ホルダ３１が設けられている。下部ホルダ３１に半円筒状の反射板３２が取り付けられている。反射板３２は図１の反射板２と同様の構成を有している。反射板３２の上部には上部ホルダ３４が設けられている。上部ホルダ３４と下部ホルダ３１の間に前記の赤外線電球２０が回転可能に取り付けられている。赤外線電球２０の下端部は下部ホルダ３１内に設けられた回転駆動部１３に取り付けられている。回転駆動部１３は、赤外線電球２０を、管軸の回りに所定の回転速度で一定方向に連続回転させることができる。赤外線電球２０の回転は、一方向への連続回転のみならず、回転方向を一定の回転角度毎に反転させる（スイング）ものであってもよく、図示を省略したスイッチで選択できる。これにより広い範囲を加熱することができる。回転する赤外線電球２０への電力供給は、上部ホルダ３４及び下部ホルダ３１内に設けられたブラシ（図示省略）により行われる。下部ホルダ３１内には、赤外線電球２０への供給電力を制御する温度制御部４０が設けられている。温度制御部４０は、図示を省略した温度センサの検出出力に基づいて赤外線電球２０への供給電力を制御する。
【００１９】
本実施の形態２の加熱装置を局部的な加熱に用いる場合には、赤外線電球２０を回転させずに一定の位置に止めておくこともできる。
赤外線電球２０の周囲にある空気は対流により上昇することで触媒被覆層４（図４）に触れて脱臭される。
本実施の形態２の加熱装置を主として空気浄化（脱臭）に用いるときは、赤外線電球２０を回転させることにより、その外周面に設けられた触媒被覆層４に触れる空気量が増加する。そのため脱臭効果が高くなる。触媒被覆層４に触れる空気量を増やすためにファンを用いる方法もある。しかしファンは風切り音が出て騒々しいのみならず風の流れにより周囲のちりを吹き上げるなど環境を悪化させることがある。本実施の形態２の加熱装置は、上記のように環境を悪化させることがなく静かで快適な環境で加熱及び脱臭を行うことができる。
《実施の形態３》
【００２０】
本発明の実施の形態３の加熱装置を図６を参照して説明する。図６において、図５に示す前記実施の形態２の加熱装置と同じ要素には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
本実施の形態の加熱装置では、台座３０の上に設けられた、下部ホルダ３１、下部ホルダ３１に取り付けられた赤外線電球２０、反射板３２、及び上部ホルダ３４で構成される筐体３７が一体となって、回転駆動部１４の駆動により回転する。回転は、一定方向の連続回転と、正逆交互の回転（スイング）とを図示を省略したスイッチで選択することができる。
【００２１】
本実施の形態３の加熱装置では、反射板３２が回転するので、対流により上昇する空気流とともに反射板３２が周囲の空気をかき回すことによる空気流が生じる。そのため前記の実施の形態２の加熱装置に比べると、より多く空気を触媒被覆層４に接触させることができるため脱臭機能がより高くなり、空気の浄化効果の高い加熱装置が得られる。筐体３７の回転は静かであり、例えばファンを用いるものに比べると風切り音などの騒音もなく静かな動作が可能となる。
【００２２】
本発明の前記実施の形態１から３の加熱装置は、例えば加湿器の加熱装置、電気調理器の加熱装置、エアコンの加熱装置、電気暖房機の加熱装置、空気清浄機の加熱装置、トナー定着用などＯＡ機器用の加熱装置、サウナの加熱装置、給湯機の加熱装置、電気治療器の加熱装置、乾燥機の加熱装置等に利用できる。また本発明の加熱装置は、加熱機能に加えて臭気を除去する優れた空気浄化機能を有しており、加熱と臭気除去の両機能を合わせもつ加熱装置として有用である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、加熱と臭気の除去を行う加熱装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１の加熱装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１の加熱装置に用いる赤外線電球の熱輻射分布を示す図
【図３】本発明の実施の形態１の加熱装置に用いる赤外線電球に触媒被覆層を設けた場合の熱輻射分布を示す図
【図４】本発明の実施の形態１の加熱装置に用いる赤外線電球の側断面図
【図５】本発明の実施の形態２の加熱装置の斜視図
【図６】本発明の実施の形態３の加熱装置の斜視図
【図７】従来技術の加熱装置の断面図
【符号の説明】
【００２５】
１  硝子管
２  反射板
３  電気発熱体
４  触媒被覆層
５  発熱体
６ａ、６ｂ  固定部
７ａ、７ｂ  接続部
８ａ、８ｂ  ばね部
９ａ、９ｂ  内部リード
１０ａ、１０ｂ  中継板
１１ａ、１１ｂ  外部リード
２０  赤外線電球
１３  駆動部
１４  回転駆動部
３０  台座
３１  下部ホルダ
３２  反射板
３４  上部ホルダ
４０  温度制御部
【図１】
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【図２】
2006244781.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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